[发明专利]一种音圈隔振/抑振结构及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种音圈隔振/抑振结构及其控制方法，属于结构振动主动控制技术领域。

背景技术

随着科学技术日新月异的发展，高精密设备得到越来越广泛的运用，其对安装结构隔振性能和抗干扰能力的要求也越来越高，传统的被动隔振结构已经渐渐无法满足需要，而主动控制技术则是解决这一问题的有效途径。

一般来说，高精密设备及其安装结构面临的干扰因素主要有两方面，一方面来自设备自身的直接干扰，例如由设备重量变化引起的干扰力；另一方面则来自于结构基座传来的振动干扰。如果要抑制直接干扰，需要结构有较高的刚度，而如果要隔离基座振动，则需要结构有较高的柔性。两方面的需求是互相矛盾的，通常情况下两者不可得兼，顾此则失彼。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种音圈隔振/抑振结构及其控制方法，在安装平台和基座之间加入了一个中间平台，三者通过两个音圈电机和两根支撑弹簧串联起来，并由三根光轴限制径向位移。当启用上音圈电机时，可以在安装平台和中间平台之间提供一个负刚度，与下弹簧提供的正刚度串联起来，理论上可以使结构整体刚度趋于无穷大，从而抑制直接干扰。当启用下音圈电机时，可以提供一个可变阻尼，使基座振动在传递到中间平台时就得到良好的隔离，减弱甚至消除由下弹簧柔性引起的低频共振，从而大幅削弱基座宽带振动对安装平台上高精密设备的影响。

一种音圈隔振/抑振结构，其特征在于，包括动力部分、支撑结构部分和测量部分；

动力部分包括上音圈电机和下音圈电机，上音圈电机包括上音圈电机线圈和上音圈电机磁体，上音圈电机线圈与安装平台固定连接，上音圈电机磁体与中间平台固定连接，上音圈电机线圈位于上音圈电机磁体内部的环形凹槽中，上音圈电机磁体外围设有上支撑弹簧；下音圈电机包括下音圈电机线圈和下音圈电机磁体，下音圈电机线圈与基座固定连接，下音圈电机磁体与中间平台固定连接，下音圈电机线圈位于下音圈电机磁体内部的环形凹槽中，下音圈电机磁体外围设有下支撑弹簧；

支撑结构部分包括安装平台、中间平台、基座、上支撑弹簧、下支撑弹簧、光轴和直线滚珠导套；安装平台、中间平台上均设有三个通孔，三个通孔为120°角均匀分布，安装平台、中间平台的通孔中均设有直线滚珠导套，直线滚珠导套固定在通孔中，三根光轴分别穿过安装平台、中间平台上的直线滚珠导套，最后固定在基座上；安装平台与中间平台之间通过上支撑弹簧支撑，中间平台与基座之间通过下支撑弹簧支撑；

测量部分包括相对位移传感器和速度传感器；相对位移传感器固定在安装平台的外边缘；速度传感器固定在中间平台的外边缘。

一种音圈隔振/抑振结构的控制方法，包括上音圈电机的控制方法和下音圈电机的控制方法；

上音圈电机的控制方法具体为：

对于上音圈电机，当安装平台与中间平台受到干扰力而发生相对运动时，相对位移传感器会将其相对位移信号传递给外部控制器，控制器经过电路运算后向上音圈电机线圈输出电流，使线圈部分和磁体部分发生相对运动，并最终使安装平台和中间平台产生稳定的相对位移，提供对应于干扰力的等效负刚度；通过调节控制器传递函数的参数，使负刚度的大小等于下弹簧提供的正刚度，从而使整体刚度趋于无穷大；

下音圈电机的控制方法具体为：

对于下音圈电机，当基座发生振动时，速度传感器将中间平台的速度信号传给外部控制器，控制器经过电路运算后向下音圈电机线圈输出电流，并产生一个与速度成比例的电磁阻尼力；通过调节控制器参数来改变阻尼系数的大小，在低频段时增加阻尼系数抑制共振，高频段减小阻尼系数增加振动衰减速率，获得良好的隔振性能。

本发明的优点在于：

(1)本发明结构简单，音圈电机应用广泛，技术成熟，可靠性高；

(2)本发明可以同时抑制来自安装平台的直接干扰和隔离来自基座的振动，性能全面；

(3)本发明在减弱甚至消除低频共振的同时，也保证了结构在高频段的振动衰减速率。

附图说明

图1是本发明的三维视图；

图2是本发明的四分之一剖视图；

图3是本发明的半剖平面图；

图4是上音圈电机的控制方法示意图；

图5是下音圈电机的控制方法示意图；

图中：

1-动力部分            2-支撑结构部分        3-测量部分

101-上音圈电机        102-下音圈电机        103-上音圈电机线圈